專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)光裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及發(fā)光裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)是響應(yīng)電流而被激發(fā)從而產(chǎn)生各種顏色的光的半導(dǎo)體器件。其 中，以氮化鎵(GaN)為代表的III-V族化合物半導(dǎo)體由于具有帶隙寬、發(fā)光效率高、電子飽 和漂移速度高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，在高亮度藍(lán)光發(fā)光二極管、藍(lán)光激光器等光電子器件 領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力，引起了人們的廣泛關(guān)注。然而，目前半導(dǎo)體發(fā)光二極管存在著發(fā)光效率低的問(wèn)題。對(duì)于未經(jīng)封裝的發(fā)光二 極管，其出光效率一般只有百分之幾。大量的能量聚集在器件內(nèi)部不能出射，既造成能量浪 費(fèi)，又影響器件的使用壽命。因此，提高半導(dǎo)體發(fā)光二極管的出光效率至關(guān)重要?；谏鲜龅膽?yīng)用需求，許多種提高發(fā)光二極管出光效率的方法被應(yīng)用到器件結(jié)構(gòu) 中，例如表面粗糙化法，金屬反射鏡結(jié)構(gòu)等。公開(kāi)號(hào)為CN1858918A的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了 一種發(fā)光二極管，所述的發(fā)光二極管下表面形成全角度反射鏡結(jié)構(gòu)，可以提高發(fā)光二極管 出光效率。然而，該方法需要在襯底上形成多層由高折射率層與低折射率層堆疊而成的薄 膜結(jié)構(gòu)，制作工藝復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種發(fā)光裝置，以提高發(fā)光效率。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種發(fā)光裝置，包括基座、倒裝于所述基座上的發(fā)光 二極管，所述發(fā)光二極管包括緩沖層、位于緩沖層上的發(fā)光二極管管芯，所述緩沖層在發(fā)光 二極管的出光面上設(shè)置有多個(gè)具有金字塔互補(bǔ)結(jié)構(gòu)的凸起。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種發(fā)光裝置的制造方法，包括提供襯底，在襯底上形成 多個(gè)金字塔結(jié)構(gòu)；在具有金字塔結(jié)構(gòu)的襯底上依次形成緩沖層、N型半導(dǎo)體層、有源層、P型 半導(dǎo)體層、接觸層；形成深度至少?gòu)慕佑|層到N型半導(dǎo)體層頂部的開(kāi)口，形成位于接觸層上 的第一電極、以及位于所述開(kāi)口底部的第二電極；去除襯底。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.所述緩沖層在發(fā)光二極管的出光面上設(shè)置有多個(gè)具有金字塔互補(bǔ)結(jié)構(gòu)的凸起， 所述凸起增大了出光面的面積，從而增大了發(fā)光二極管管芯產(chǎn)生的光出射到發(fā)光面的幾 率，從而提高了發(fā)光裝置的出光效率；2.發(fā)光裝置還包括可用于將光反射到發(fā)光裝置出光方向的接觸層、反射膜，可進(jìn) 一步提高發(fā)光裝置的出光效率；3.發(fā)光裝置還包括用于會(huì)聚光線的帽層，可提高發(fā)光裝置的亮度；4.發(fā)光裝置的制造方法中，在襯底上形成金字塔結(jié)構(gòu)，填充金字塔結(jié)構(gòu)之間的孔 隙以形成金字塔互補(bǔ)結(jié)構(gòu)，之后按照倒裝方式裝配發(fā)光二極管即可，制造方法較為簡(jiǎn)單。


圖1是本發(fā)明發(fā)光裝置一實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明發(fā)光裝置制造方法一實(shí)施方式的流程示意圖；圖3是圖2所示步驟Sl —實(shí)施例的流程示意圖；圖4至圖10是本發(fā)明發(fā)光裝置制造方法一實(shí)施例形成的發(fā)光裝置的側(cè)面示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以 采用其他不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限 制。正如背景技術(shù)所述，為提高發(fā)光二極管的出光效率，現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)光二極管需要 在襯底上形成多層由高折射率層與低折射率層堆疊而成的薄膜結(jié)構(gòu)，但所述薄膜結(jié)構(gòu)的制 作工藝復(fù)雜。針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的發(fā)明人提供了一種發(fā)光裝置，所述發(fā)光裝置包括倒裝于 基座上的發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管在出光面上具有多個(gè)金字塔結(jié)構(gòu)，所述金字塔結(jié)構(gòu) 增大了發(fā)光二極管出光面的面積，增大了發(fā)光二極管的有源層產(chǎn)生的光出射到發(fā)光面的幾 率，從而增大了發(fā)光二極管的外量子效率，即提高了發(fā)光二極管的出光效率。參考圖1，示出了本發(fā)明發(fā)光裝置一實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，所述 發(fā)光裝置包括基座101，以及位于基座101上的反射膜102、位于反射膜102上的第一引腳 112和第二引腳103、倒裝于第一引腳112和第二引腳103上的發(fā)光二極管、覆蓋于發(fā)光二 極管和反射膜102上的帽層111，其中，基座101，用于承載發(fā)光二極管，在具體實(shí)施例中，所述基座105采用銅、鋁、硅、氮 化鋁等材料構(gòu)成。反射膜102，用于將發(fā)光二極管發(fā)出的光反射至發(fā)光裝置的出光方向上，以提高發(fā) 光裝置的出光效率，增大發(fā)光裝置的亮度，具體地，所述反射膜的材料為氧化鋇。第一引腳112，用于連接發(fā)光二極管和電源(圖未示)正極；第二引腳103，用于連 接發(fā)光二極管和電源(圖未示)負(fù)極；具體地，所述第一引腳112和第二引腳103均采用銅 或鋁等導(dǎo)電材料制成。發(fā)光二極管由上之下依次包括緩沖層110、N型半導(dǎo)體層109、有源層108、P型半 導(dǎo)體層107、接觸層106;其中，緩沖層110的底部包括多個(gè)凸起，所述凸起具有金字塔互補(bǔ)結(jié)構(gòu)(如圖1圓圈中 示出的金字塔互補(bǔ)結(jié)構(gòu)的俯視圖)，具體地，所述金字塔互補(bǔ)結(jié)構(gòu)通過(guò)對(duì)金字塔結(jié)構(gòu)間所圍 成的空隙進(jìn)行填充而獲得，所述金字塔互補(bǔ)結(jié)構(gòu)的凸起可增大發(fā)光二極管出光面的面積， 進(jìn)而增大了發(fā)光二極管管芯發(fā)出的光從出光面出光的幾率，從而提高了發(fā)光二極管的出光 效率。具體地，所述緩沖層110的材料為氮化鎵或氮化鋁。N型半導(dǎo)體層109、有源層108、P型半導(dǎo)體層107，所述N型半導(dǎo)體層109、有源層 108、P型半導(dǎo)體層107構(gòu)成了發(fā)光二極管管芯；在具體實(shí)施例中，所述N型半導(dǎo)體層109為N型摻雜的氮化鎵材料，所述有源層108為多量子阱有源層結(jié)構(gòu)，具體地，采用氮化銦鎵材 料構(gòu)成，用于產(chǎn)生波長(zhǎng)為470nm的藍(lán)光，所述P型半導(dǎo)體層107為P型摻雜的氮化鎵材料；接觸層106，用于實(shí)現(xiàn)P型半導(dǎo)體層107與電源正極之間的電連接，所述接觸層 106的面積較大，可以減小接觸電阻，較佳地，所述接觸層106的下表面為反光面，所述反光 面可將發(fā)光二極管管芯發(fā)出的光反射至出光面，具體地，所述接觸層106的材料為金或鎳 等，所述接觸層106的厚度為50至100納米。所述發(fā)光二極管還包括第一電極105，所述第一電極105設(shè)置于所述接觸層106與 第一引腳112之間，用于實(shí)現(xiàn)P型半導(dǎo)體層107和第一引腳112間的電連接。所述發(fā)光二極管還包括深度至少自接觸層106至N型半導(dǎo)體層109的開(kāi)口，所述 發(fā)光二極管還包括一端設(shè)置于開(kāi)口底部的第二電極104，所述第二電極104另一端設(shè)置于 第二引腳103上，用于實(shí)現(xiàn)N型半導(dǎo)體層109和第二引腳103之間的電連接。帽層111，覆蓋于發(fā)光二極管、反射膜102上，所述帽層111在發(fā)光二極管的出光方 向上具有透鏡結(jié)構(gòu)，所述透鏡結(jié)構(gòu)可以會(huì)聚發(fā)光二極管發(fā)出的光，以提高發(fā)光裝置的亮度， 在具體實(shí)施例中，所述帽層111采用樹(shù)脂材料構(gòu)成，所述帽層111還可以起到保護(hù)發(fā)光二極 管的作用。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種發(fā)光裝置的制造方法，參考圖2，示出了本發(fā)光裝置制 造方法一實(shí)施方式的流程圖。所述發(fā)光裝置的制造方法包括步驟Si，提供襯底，在襯底上形成多個(gè)金字塔結(jié)構(gòu)；步驟s2，在具有金字塔結(jié)構(gòu)的襯底上依次形成緩沖層、N型半導(dǎo)體層、有源層、P型 半導(dǎo)體層、接觸層；步驟s3，形成深度至少?gòu)慕佑|層到N型半導(dǎo)體層頂部的開(kāi)口，形成位于接觸層上 的第一電極、以及位于所述開(kāi)口底部的第二電極；步驟s4，去除襯底。參考圖3，示出了圖2所示步驟Sl —實(shí)施例的流程圖，包括步驟Sll，提供襯底；步驟s 12，在所述襯底上沉積介質(zhì)層，并圖形化所述介質(zhì)層，形成硬掩模；步驟sl3，以所述硬掩模為掩模蝕刻所述襯底，形成金字塔結(jié)構(gòu)；步驟sl4，去除所述硬掩模。對(duì)于步驟sll，所述襯底201為(100)晶面的P型摻雜的硅襯底，所述硅襯底的電 阻率為1 20歐姆厘米。參考圖4，執(zhí)行步驟sl2，所述介質(zhì)層的材料為二氧化硅，通過(guò)干法蝕刻所述二氧 化硅介質(zhì)層的方法，形成位于襯底201上的硬掩模202。參考圖5，執(zhí)行步驟sl3以及步驟sl4，通過(guò)四甲基氫氧化氨(TMAH)溶液對(duì)所述襯 底201進(jìn)行濕法腐蝕，具體地，腐蝕的時(shí)間為20分鐘，溫度為60 80°C，所述硅襯底經(jīng)過(guò)腐 蝕后形成多個(gè)由(111)晶面作為側(cè)面、(100)面為底面的金字塔結(jié)構(gòu)，具體地，所述金字塔 結(jié)構(gòu)按照矩陣式排列，底面為正方形，側(cè)面與底面的夾角為54. 74° ；如果所述金字塔結(jié)構(gòu)的密度較大，則腐蝕所形成金字塔不夠高，如果金字塔結(jié)構(gòu) 的密度較小，那么金字塔的數(shù)量不夠多，不利于增大發(fā)光二極管出光面的面積，通常硅襯底 上金字塔結(jié)構(gòu)的密度為4 X IO4 1 X IO8個(gè)/平方毫米，在制作方法中可以通過(guò)硬掩模的密度控制金字塔結(jié)構(gòu)的密度，從而形成數(shù)量較多、尺寸合適的金字塔結(jié)構(gòu)較佳地，所述金字塔 結(jié)構(gòu)中正方形的邊長(zhǎng)為5 μ m,金字塔的塔尖到底面的高度為3. 53 μ m ；通過(guò)氫氟酸溶液去除二氧化硅材質(zhì)的硬掩模202。從而形成具有金字塔結(jié)構(gòu)的襯 底 201。參考圖6，執(zhí)行步驟s2，通過(guò)金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相淀積(Metal-organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD)的方法依次形成所述緩沖層203、N型半導(dǎo)體層204、 有源層205、P型半導(dǎo)體層206 ；在具體實(shí)施例中，在沉積緩沖層203時(shí)，先填充襯底201上金字塔結(jié)構(gòu)之間的孔隙 直至覆蓋所述金字塔結(jié)構(gòu)，從而在緩沖層203底部形成具有金字塔互補(bǔ)結(jié)構(gòu)的凸起；所述 凸起形成于金字塔結(jié)構(gòu)之間的孔隙中。本實(shí)施例中所述金字塔結(jié)構(gòu)的側(cè)面為(111)晶面的硅，所述緩沖層203的材料為 氮化鋁或氮化鎵，氮化鋁或氮化鎵與(111)晶面的硅的晶格常數(shù)較為匹配；所述緩沖層203需完全覆蓋金字塔結(jié)構(gòu)，較佳地，緩沖層203的厚度為10 100 μ m0所述N型半導(dǎo)體層204為N型摻雜的氮化鎵材料，所述有源層205為多量子阱有 源層結(jié)構(gòu)，具體地，采用氮化銦鎵材料構(gòu)成，用于產(chǎn)生波長(zhǎng)為470nm的藍(lán)光，所述P型半導(dǎo)體 層206為P型摻雜的氮化鎵材料。參考圖7，在P型半導(dǎo)體層206上形成接觸層207，具體地，接觸層207為金或鎳等 金屬材料，通過(guò)物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition, PVD)方法或電子束蒸鍍方法 形成所述接觸層207，所述接觸層207的厚度為50 lOOnm。參考圖8，執(zhí)行步驟s3，通過(guò)干法蝕刻法形成深度至少自接觸層207至N型半導(dǎo)體 層204頂部的開(kāi)口，在接觸層207上形成第一電極209，在所述開(kāi)口底部形成第二電極208， 所述第一電極209和第二電極208的上表面位于同一水平面，具體地，第一電極209和第二 電極208的材料為金、鋁或鎳。參考圖9，執(zhí)行步驟s4，通過(guò)氫氧化鉀溶液去除硅襯底201，需要說(shuō)明的是還可以 采用其他溶液去除硅襯底201，所述溶液需對(duì)硅具有較高的選擇比，避免溶液去除其他材 料，至此完成了發(fā)光二極管的制造。所述發(fā)光裝置的制造方法還包括封裝的步驟，如圖10所示，提供基座211，在基座 211上形成反射膜210，在反射膜210上形成連接于電源正極的第一引腳、連接于電源負(fù)極 的第二引腳。按照倒裝方式將發(fā)光二極管轉(zhuǎn)配與反射膜210上，具體地，將所述發(fā)光二極管 按照緩沖層203朝向出光方向、第一電極209固定于第一引腳且第二電極208固定于第二 引腳的方式裝配于反射膜210上。所述發(fā)光裝置的制造方法還包括形成覆蓋于發(fā)光二極管和反射膜210上的帽層 (圖未示)，較佳地，所述帽層在發(fā)光二極管的出光方向上具有透鏡結(jié)構(gòu)，所述透鏡結(jié)構(gòu)可 以會(huì)聚發(fā)光二極管發(fā)出的光，所述帽層的材料為樹(shù)脂。至此完成了發(fā)光裝置的制造過(guò)程。綜上，本發(fā)明提供了一種發(fā)光裝置，包括出射面為金字塔互補(bǔ)結(jié)構(gòu)凸起的發(fā)光二 極管，所述金字塔互補(bǔ)結(jié)構(gòu)的凸起增大了出射面面積，從而提高了發(fā)光裝置的出光效率；所述發(fā)光裝置中，還包括可用于將光反射到出光方向的接觸層、反射膜，可進(jìn)一步提高發(fā)光裝置的出光效率；所述發(fā)光裝置中，還包括用于會(huì)聚光線的帽層，可提高發(fā)光裝置的亮度；本發(fā)明提供的發(fā)光裝置的制造方法中，在襯底上形成金字塔結(jié)構(gòu)，填充金字塔結(jié) 構(gòu)之間的孔隙以形成金字塔互補(bǔ)結(jié)構(gòu)，之后按照倒裝方式裝配發(fā)光二極管即可，制造方法 較為簡(jiǎn)單。雖然本發(fā)明己以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光裝置，包括基座、倒裝于所述基座上的發(fā)光二極管，其特征在于，所述發(fā)光 二極管包括緩沖層、位于緩沖層上的發(fā)光二極管管芯，所述緩沖層在發(fā)光二極管的出光面 上設(shè)置有多個(gè)具有金字塔互補(bǔ)結(jié)構(gòu)的凸起。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)光二極管管芯包括依次位于緩 沖層上的N型半導(dǎo)體層、有源層、P型半導(dǎo)體層。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)光二極管還包括位于發(fā)光二極 管管芯上的接觸層。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述接觸層與發(fā)光二極管管芯相連的 表面為、將發(fā)光二極管管芯發(fā)出的光反射至發(fā)光二極管出光面的反光面。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)光裝置還包括位于基座上的反 射膜，所述反射膜用于將發(fā)光二極管管芯發(fā)出的光反射至發(fā)光二極管的出光面。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)光裝置還包括位于反射膜上的 第一引腳和第二引腳，所述第一引腳用于連接發(fā)光二極管和電源正極，所述第二引腳用于 連接發(fā)光二極管和電源負(fù)極。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)光二極管還包括位于發(fā)光二極 管管芯上的接觸層、連接于所述接觸層與第一引腳的第一電極；所述發(fā)光二極管還包括第 二電極、深度至少自接觸層至N型半導(dǎo)體層頂部的開(kāi)口，所述第二電極連接于開(kāi)口底部和 第二引腳。
8.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光裝置，其特征在于，還包括覆蓋于反射膜、發(fā)光二極管上的帽層。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述帽層在發(fā)光二極管的出光方向上 設(shè)置有透鏡結(jié)構(gòu)。
10.一種發(fā)光裝置的制造方法，其特征在于，包括提供襯底，在襯底上形成多個(gè)金字 塔結(jié)構(gòu)；在具有金字塔結(jié)構(gòu)的襯底上依次形成緩沖層、N型半導(dǎo)體層、有源層、P型半導(dǎo)體 層、接觸層；形成深度至少?gòu)慕佑|層到N型半導(dǎo)體層頂部的開(kāi)口，形成位于接觸層上的第一 電極、以及位于所述開(kāi)口底部的第二電極；去除襯底。
11.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光裝置的制造方法，其特征在于，所述提供襯底，在襯底 上形成多個(gè)金字塔結(jié)構(gòu)的步驟包括提供襯底；在所述襯底上沉積介質(zhì)層，并圖形化所述 介質(zhì)層，形成硬掩模；以所述硬掩模為掩模蝕刻所述襯底，形成金字塔結(jié)構(gòu)；去除所述硬掩 模。
12.如權(quán)利要求11所述的發(fā)光裝置的制造方法，其特征在于，所述襯底為(100)晶面的 P型摻雜的硅襯底，所述以所述硬掩模為掩模蝕刻所述襯底，形成金字塔結(jié)構(gòu)的步驟包括 采用四甲基氫氧化氨溶液對(duì)所述襯底進(jìn)行濕法腐蝕，形成以硅襯底的(111)晶面為側(cè)面、 (100)晶面為底面的金字塔結(jié)構(gòu)；所述緩沖層形成于所述(111)晶面上。
13.如權(quán)利要求12所述的發(fā)光裝置的制造方法，其特征在于，采用四甲基氫氧化氨溶 液對(duì)所述襯底進(jìn)行濕法腐蝕的步驟中，腐蝕的時(shí)間為20分鐘，腐蝕的溫度為60 80°C。
14.如權(quán)利要求12所述的發(fā)光裝置的制造方法，其特征在于，所述以(111)晶面為側(cè) 面、(100)晶面為底面的金字塔結(jié)構(gòu)中側(cè)面與底面的夾角為74°。
15.如權(quán)利要求12所述的發(fā)光裝置的制造方法，其特征在于，所述硅襯底上金字塔結(jié)構(gòu)的密度為4X IO4 IX IO8個(gè)/平方毫米。
16.如權(quán)利要求12所述的發(fā)光裝置的制造方法，其特征在于，通過(guò)氫氧化鉀溶液去除 硅襯底。
17.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光裝置的制造方法，其特征在于，所述位于接觸層上的第 一電極與位于所述開(kāi)口底部的第二電極的上表面處于同一水平面。
18.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光裝置的制造方法，其特征在于，還包括提供基座，在所 述基座上形成反射膜，在反射膜上形成連接于電源正極的第一引腳、連接于電源負(fù)極的第 二引腳；將所述發(fā)光二極管按照緩沖層朝向出光方向、第一電極固定于第一引腳且第二電 極固定于第二引腳的方式裝配于所述反射膜上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)光裝置，包括基座、倒裝于所述基座上的發(fā)光二極管，其特征在于，所述發(fā)光二極管包括緩沖層、位于緩沖層上的發(fā)光二極管管芯，所述緩沖層在發(fā)光二極管的出光面上設(shè)置有多個(gè)具有金字塔互補(bǔ)結(jié)構(gòu)的凸起。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種發(fā)光裝置的制造方法，包括提供襯底，在襯底上形成多個(gè)金字塔結(jié)構(gòu)；在具有金字塔結(jié)構(gòu)的襯底上依次形成緩沖層、N型半導(dǎo)體層、有源層、P型半導(dǎo)體層、接觸層；形成深度至少?gòu)慕佑|層到N型半導(dǎo)體層頂部的開(kāi)口，形成位于接觸層上的第一電極、以及位于所述開(kāi)口底部的第二電極；去除襯底。本發(fā)明發(fā)光裝置的出光效率較高，本發(fā)明提供的發(fā)光裝置制造方法較為簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)H01L33/22GK102130254SQ20101050367
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者張汝京, 肖德元 申請(qǐng)人:映瑞光電科技(上海)有限公司